異種V族半導体量子構造の原子層制御成長と評価

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455007
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 竹田 美和 名古屋大学, 工学部, 教授 (20111932)
• 研究分担者: 田渕 雅夫 名古屋大学, 工学部, 講師 (90222124) ; 藤原 康文 名古屋大学, 工学部, 助教授 (10181421)
• キーワード: 異種V族 / 半導体 / 量子構造 / 原子層制御 / 成長 / 評価

研究概要

異なるV族を持つIII-V族半導体のヘテロ界面は、デバイス応用上たいへん重要な構成要素であるが、お互いに高い蒸気圧を持つ場合は特にその急峻な接合界面の形成が困難である。また、量子機能を発現させるためには、ヘテロ界面が1原子層のオーダーで急峻に組成または構造が変化する必要がある。このようなヘテロ構造の作製は、従来から存在する原料を順次送り込む成長方法では形成不可能である。我々は、新しく設計した成長装置と1原子層のレベルで界面構造を明らかにできる蛍光EXAFS法及びX線CTR散乱法を用いて、このような構造と量子機能を実現するため、本研究を遂行し、多くの成果を得た。
成長装置は、縦型多槽構造を持つ本研究室独自の構造である。これにより、V族原料を異なる槽内で基板に供給でき、V族原料の混入を回避できる。InP/InGaAsという最も重要なヘテロ構造を例にとり、界面の急峻性およびAs、Gaの分布を明らかにするため、放射光を用いた蛍光EXAFS法とX線CTR散乱法(それらの評価法の開発と展開は我々の従来からの研究成果である)による評価を行った。これにより、1原子層レベルでの急峻性、組成分布を明らかにするとともに、従来、III族元素は急峻に切り替わるを信じられていた神話が、これらの評価法によって、完全に崩れた。また、組成分布のみならず、超薄膜の結晶構造も決定できることが明かとなった。
また、III族とV族原料ガスの供給タイミングを従来とは全く異なる組み合わせとして液適ヘテロエピタキシ-法として新しく提案し、InP(001)面上にInAs量子ドットを高密度で形成することが出来た。オプトエレクトロニクスに最も重要なInP(001)面上には出来ないとあきらめられていたものである。

研究成果

• [文献書誌] 竹田,田渕 他: "Group-V atoms exchange due to exposure of InP surface to AsH_3(+PH_3)revealed by X-Ray CTR scattering" J.Electron.Mat.25. 671-675 (1996)
• [文献書誌] 藤原,竹田 他: "Erbium δ-doping to InP by OMVPE" Inst.Phys.Conf.Ser.145. 149-154 (1996)
• [文献書誌] 田渕,竹田 他: "Distribution of As atoms in InP/InPAs/InP and InP/InGaAs/InP hetero-structures measured by X-ray CTR scattering" Inst.Phys.Conf.Ser.145. 227-232 (1996)
• [文献書誌] 田渕,竹田 他: "実験室系のX線回折装置を使用したX線CTR測定による半導体ヘテロ構造界面評価" 電子情報通信学会技報. ED96-40. 69-74 (1996)
• [文献書誌] 藤原,竹田 他: "液滴ヘテロエピタキシ-によるInP(001)上へのInAs島形成" 電子情報通信学会技報. ED96-103. 33-38 (1996)
• [文献書誌] 藤原,竹田 他: "Observation of trap states in Er-doped InP by photoreflectance" Appl.Phys.Lett.70. 84-86 (1997)